DE3806308A1

DE3806308A1 - Temperature sensor

Info

Publication number: DE3806308A1
Application number: DE19883806308
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Phys Dr Gruenwald; Peter Dipl Ing Nolting
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1988-02-27
Filing date: 1988-02-27
Publication date: 1989-09-07

Abstract

In a temperature sensor (10) for the combined detection of temperature and air velocity, if necessary also radiation, the temperature sensor (14), an electrical insulating layer (13), the heater (12) and the hermetically sealed insulation (17) are applied, using thick-film and/or thin-film technology, to a carrier (11) consisting of material which conducts heat badly. The temperature sensor (10) can additionally be covered with a radiation-absorbing covering layer (18). The temperature sensor (10) is built relatively small and simple and follows particularly rapidly the changes of convection and of the ambient temperature. <IMAGE>

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Temperaturfühler nach der Gattung des Anspruchs 1. Bei einem derartigen bekannten Temperaturfühler wird ein Temperatursensor direkt oder indirekt mit Hilfe einer se paraten Heizeinrichtung auf ein über der Umgebungstemperatur lie gendes Temperaturniveau erwärmt. Die Heizeinrichtung ist auf einer Leiterplatte neben einem Temperatursensor angeordnet. Dieser Tempe ratursensor erfaßt bei Betrieb der Heizeinrichtung bedingt durch die räumliche Trennung zeitlich relativ stark verzögert sowohl die Tem peratur der Umgebung als auch eine durch Konvektion stattfindende Wärmeabfuhr. Ferner sind sie aufgrund ihrer Ansprechcharakteristik und ihrer Baugröße für den Einsatz im Kraftfahrzeug wenig geeignet.The invention is based on a temperature sensor of the type of claim 1. In such a known temperature sensor a temperature sensor is directly or indirectly using a se separate heating device to a temperature above the ambient temperature warmed temperature level. The heater is on one Printed circuit board arranged next to a temperature sensor. That tempe temperature sensor detected during operation of the heater due to the spatial separation delays both the tem temperature of the environment as well as a convection Heat dissipation. Furthermore, they are due to their response characteristics and their size unsuitable for use in motor vehicles.

Advantages of the invention

Der erfindungsgemäße Temperaturfühler mit den kennzeichnenden Merk malen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß er schnell und kostengünstig die Temperatur eines Raumes erfaßt. Durch die Dickschicht- und/oder Dünnschichttechnik läßt sich ein beheizter Temperaturfühler besonders einfach und klein herstellen. Die gerin gen thermischen Massen der einzelnen Schichten sowie der Schichtauf bau selbst und der drucktechnisch mögliche geringe Abstand zwischen der Heizeinrichtung und dem Temperatursensor bewirken eine schnelle Reaktion des Temperaturfühlers auf die Änderungen der Raumtempera tur und der Luftkonvektion. Insbesondere bei Fahrgasträumen von Kraftfahrzeugen mit ihren großen Fensterflächen ist eine schnelle Erfassung der Raumtemperatur bei sich schnell ändernden Außentempe raturen, Luftgeschwindigkeiten im Raum und der Sonneneinstrahlung insbesondere bei geringer Heizleistung bzw. Übertemperatur des Tem peratursensors möglich. Der Temperaturfühler kann in bekannter Weise sowohl mit konstanter Spannung, konstanter Leistung, konstantem Strom oder auch konstanter Temperatur betrieben werden. Insbesondere beim Betrieb mit konstanter Temperatur ermöglicht der geringe Ab stand zwischen der Heizeinrichtung und dem Temperatursensor ein praktisch verzögerungsfreies Nach- und Einregeln der Temperatur im Raum. Die Temperaturverteilung im Temperaturfühler ist in Schicht ebene und senkrecht zur Schichtebene nahezu gleichförmig, wodurch Fehlmessungen weitgehend vermieden werden. Die Dickschicht- und Dünnschichttechnik gestatten es weiterhin, großflächige Fühler auf zubauen. Durch die Trennung der Heizeinrichtung und des Temperatur sensors kann die Heizung leicht an eine gewünschte Sensorcharakteri stik angepaßt werden. Ferner ist dadurch auch der Temperaturfühler auf eine verwendete Auswerteelektronik abstimmbar, welche die jewei lige Temperatur, die Luftmenge, die Luftverteilung und die vorhande ne Sonneneinstrahlung auf einen von den Insassen des Raums als opti mal empfundenen thermischen Wert einstellt. Bei Verwendung eines Dickschicht-NTC-Widerstands ist eine besonders steile Widerstands- Temperaturcharakteristik möglich. Die einzelnen Schichten des Tempe raturfühlers können so untereinander dimensioniert werden, daß sein Ausgangssignal der thermischen Reaktion der menschlichen Haut ent spricht. Der Temperaturfühler ist sowohl für regelungstechnische Aufgaben als auch für qualitative Messungen geeignet.The temperature sensor according to the invention with the characteristic note Painting the main claim has the advantage that he detects the temperature of a room quickly and inexpensively. By the thick-film and / or thin-film technology can be heated Manufacture temperature sensors particularly easily and small. The gerin thermal masses of the individual layers and the layer build yourself and the short distance between the heating device and the temperature sensor cause a quick Response of the temperature sensor to changes in the room temperature and air convection. Especially in the passenger compartments of Motor vehicles with their large window areas are fast Detection of the room temperature when the outside temperature changes rapidly temperatures, air velocities in the room and solar radiation especially when the heating power is low or the temperature is too high temperature sensor possible. The temperature sensor can be in a known manner both with constant voltage, constant power, constant Electricity or constant temperature can be operated. In particular when operating at constant temperature, the low Ab stood between the heater and the temperature sensor practically instantaneous readjustment and adjustment of the temperature in the Room. The temperature distribution in the temperature sensor is in layers flat and almost uniform to the layer plane, which makes Incorrect measurements are largely avoided. The thick-film and Thin-film technology still allows large-area sensors to build. By separating the heating device and the temperature sensors can easily match the heating to a desired sensor characteristic stik be adjusted. Furthermore, the temperature sensor is also thereby can be tuned to the evaluation electronics used, which each current temperature, the amount of air, the air distribution and the existing ne sun exposure on one of the occupants of the room as opti times perceived thermal value. When using a Thick-film NTC resistor is a particularly steep resistor Temperature characteristics possible. The individual layers of the Tempe temperature sensors can be dimensioned among themselves so that Output signal of the thermal response of human skin ent speaks. The temperature sensor is for control engineering Suitable for tasks as well as for qualitative measurements.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Tempera turfühlers möglich.
The measures listed in the dependent claims are possible before partial further developments of the temperature sensor specified in the main claim.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawing represents and explained in more detail in the following description. It shows

Fig. 1 einen Temperaturfühler, Fig. 2 einen Temperatur fühler eingebaut in einem Befestigungsrahmen und Fig. 3 eine Ab wandlung nach Fig. 2 als Blick auf die Unterseite des Tempera turfühlers. Fig. 1 a temperature sensor, Fig. 2 a temperature sensor mounted in a mounting frame, and Fig. 3 From a transformation of Fig. 2 as a view of the underside of the tempera turfühlers.

Description of the embodiment

In Fig. 1 ist mit 10 ein Temperaturfühler bezeichnet, der eine dünne Trägerplatte 11 aus schlecht wärmeleitendem, temperaturbestän digen und für die Drucktechniken geeignetes Material aufweist. Als solches Material eignet sich besonders vorteilhaft ein Keramiksub strat, z.B. aus Aluminiumoxid. Die Trägerplatte 11 ist quaderförmig dargestellt, kann aber nahezu jede, den jeweiligen Einbauverhält nissen angepaßte Form aufweisen. Auf der Oberseite, d.h. auf der dem Raum dessen Temperatur bestimmt werden soll zugewandten Seite, ist ein mäanderförmig ausgebildeter Heizleiter 12 aufgedruckt. Hierzu kann sowohl die allgemein bekannte Dickschicht- als auch die Dünn schichttechnik verwendet werden. Die elektrische Heizenergie des Heizleiters kann auch als Maß für den Wärmeübergang vom Sensor an die umgebende Luft dienen. Er wird von einer elektrischen, aufge druckten Isolationsschicht 13, z.B. aus Glas, bedeckt. Sie dient gleichzeitig auch als Träger für einen Temperatursensor 14. Hierzu sind verschiedene temperaturabhängige Widerstände verwendbar. Für eine besonders steile Charakteristik des Temperatursensors 14 wird ein NTC-Widerstand, d.h. ein Widerstand mit negativem Temperaturko effizienten, verwendet. Über Kontaktierungsbahnen 16 ist der Wider stand 15 mit einer nicht dargestellten Auswerteschaltung oder einer elektrischen Stromversorgung verbindbar. Ferner ist auf den Tempera tursensor 14 eine hermetisch dichte Abdeckung 17 aufgedruckt, die zum Schutz gegen Feuchtigkeit des Widerstands 15 dient. Der Tempera turfühler 10 wird auf einer Oberseite von einer strahlungsabsorbie renden, aufgedruckten Deckschicht 18 abgedeckt.In Fig. 1, 10 denotes a temperature sensor, which has a thin carrier plate 11 made of poorly heat-conductive, temperature-resistant and suitable for printing techniques. Such a material is particularly advantageously a ceramic substrate, for example made of aluminum oxide. The carrier plate 11 is shown cuboid, but can have almost any shape adapted to the respective installation conditions. A meandering heating conductor 12 is printed on the upper side, ie on the side facing the room whose temperature is to be determined. For this purpose, both the generally known thick-film and thin-film technology can be used. The electrical heating energy of the heating conductor can also serve as a measure of the heat transfer from the sensor to the surrounding air. It is covered by an electrical, printed insulation layer 13 , for example made of glass. At the same time, it also serves as a carrier for a temperature sensor 14 . Various temperature-dependent resistors can be used for this. For a particularly steep characteristic of the temperature sensor 14 , an NTC resistor, ie a resistor with a negative Temperaturko efficiency, is used. Via contact tracks 16 , the opponent was 15 with an evaluation circuit, not shown, or an electrical power supply can be connected. Furthermore, a hermetically sealed cover 17 is printed on the temperature sensor 14 , which serves to protect the resistor 15 against moisture. The temperature sensor 10 is covered on an upper side by a radiation-absorbing, printed cover layer 18 .

Alle Schichten 12 bis 18 werden in der Dickschicht- oder Dünn schichttechnik in der oben aufgeführten Reihenfolge auf die Träger platte 11 aufgebracht. Es ist aber auch möglich, die beiden Druck techniken Dickschicht- oder Dünnschichttechnik miteinander bei einem Temperaturfühler 10 zu kombinieren, so daß auf der Trägerplatte die jeweiligen Schichten mit unterschiedlicher Technik aufgebracht wer den können.All layers 12 to 18 are applied in the thick-film or thin-layer technology in the order listed above on the carrier plate 11 . But it is also possible to combine the two printing techniques thick-film or thin-film technology with one another at a temperature sensor 10 , so that the respective layers can be applied to the carrier plate using different technology.

Die Isolierschicht 13 soll möglichst nicht als thermische Isolierung wirken. Bei bekannten Temperaturfühlern kann es durch den Abstand zwischen dem nebeneinander angeordneten Temperatursensor und dem Heizleiter zu einer thermischen Isolierung kommen. Diese zwar nur geringe thermische Isolierung bewirkt aber einen Temperaturabfall, der zu einer zeitlich verzögerten Messung der Temperatur führt. Durch den schichtartigen Aufbau des erfindungsgemäßen beheizten Temperaturfühlers 10 kann auch der durch die Konvektion hervorgeru fene Transport der Wärme ausgenutzt werden. Der Temperaturfühler kann in kombinierter Weise die Temperatur und die Luftgeschwindig keit, insbesondere auch die Konvektion im Raum, erfassen.The insulating layer 13 should preferably not act as thermal insulation. In known temperature sensors, the distance between the temperature sensor arranged next to one another and the heating conductor can result in thermal insulation. This only slight thermal insulation causes a temperature drop, which leads to a delayed measurement of the temperature. Due to the layered structure of the heated temperature sensor 10 according to the invention, the transport of heat caused by convection can also be exploited. The temperature sensor can in a combined manner detect the temperature and the air speed, in particular also the convection in the room.

Um die Richtwirkung des Temperaturfühlers 10 zu verbessern, d.h. in welcher Richtung er empfindlich ist, ist auf der Unterseite der Trä gerplatte 11 eine wärmereflektierende und/oder isolierende Schicht ebenfalls in Drucktechnik aufgebracht. Um diesen Effekt noch zu ver stärken, kann auf der Rückseite eine zusätzliche Heizschicht ange ordnet sein. Auch ist es möglich mehr als einen Heizer bzw. einen Temperatursensor anzuordnen. In order to improve the directivity of the temperature sensor 10 , ie in which direction it is sensitive, a heat-reflecting and / or insulating layer is also applied in printing technology on the underside of the carrier plate 11 . To reinforce this effect, an additional heating layer can be arranged on the back. It is also possible to arrange more than one heater or one temperature sensor.

In Fig. 2 ist eine Halterung für den Temperaturfühler 10 a für seine Montage im Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Der Tempe raturfühler 10 a ist hierzu in einem Befestigungsrahmen 25 aus elek trisch und thermisch isolierendem Material mit Hilfe von Bonddrähten 26 aufgehängt. Der Temperaturfühler 10 a ist hierzu im Querschnitt quadratisch ausgebildet und an zwei gegenüberliegenden Ecken mit Hilfe jeweils zweier Bonddrähte 26 in den entsprechenden Ecken des Rahmens 25 eingespannt. Um Fremdeinflüsse, die zu Meßfehlern führen können, auszuschließen, sind die Bonddrähte 26 möglichst lang auszu bilden. Von der Verbindungsstelle der Bonddrähte 26 auf dem Befesti gungsrahmen 25 führen Leiterbahnen 27 zu den Anschlußstellen 28 für die Heizung und die Temperaturmessung. Zur thermischen Abkopplung der äußeren Anschlußdrähte oder des Anschlußsteckers sind die Lei terbahnen 27 auf dem Befestigungsrahmen 25 möglichst lang, insbeson dere mäanderförmig ausgebildet.In Fig. 2, a bracket for the temperature sensor 10 a is shown for its assembly in the passenger compartment of a motor vehicle. The Tempe temperature sensor 10 a is suspended in a mounting frame 25 made of elec trically and thermally insulating material with the help of bond wires 26 . For this purpose, the temperature sensor 10 a is square in cross-section and clamped at two opposite corners with the aid of two bonding wires 26 in the corresponding corners of the frame 25 . To rule out external influences that can lead to measurement errors, the bond wires 26 are to be made as long as possible. From the junction of the bond wires 26 on the fastening supply frame 25 lead tracks 27 lead to the connection points 28 for heating and temperature measurement. For thermal decoupling of the outer connecting wires or the connector, the Lei tracks 27 on the mounting frame 25 are as long as possible, in particular meandering.

In der Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 ist der Temperaturfühler 10 a auf einer in dem Befestigungsrahmen 25 aufge spannten dünnen Folie 30 befestigt, die aus thermisch schlecht leitendem Material besteht. Es ist möglich, die Leiterbahnen 27 a bereits mit Siebdrucktechnik auf die Folie 30 aufzubringen, so daß die Leiterbahnen 27 a an der Unterseite des Temperaturfühlers 10 a kontaktiert sind.In the modification of the embodiment of FIG. 3, the temperature sensor 10 a is attached to a thin film 30 stretched in the mounting frame 25 , which consists of thermally poorly conductive material. It is possible to apply the conductor tracks 27 a to the film 30 using screen printing technology, so that the conductor tracks 27 a are contacted on the underside of the temperature sensor 10 a .

Claims

1. Temperature sensor ( 10 ), in particular for the interior of a motor vehicle, with at least one on a carrier ( 11 ) made of poorly heat-conducting material in thick-film and / or thin-film technology applied temperature sensor ( 14 ), at least one heater ( 12 ) and one hermetically tight insulation ( 17 ), which are arranged in the direction of the interior to be determined so that the temperature and the air speed can be detected.

2. Temperature sensor according to claim 1, characterized in that the temperature sensor ( 10 ) is constructed in layers and Temperatursen sensor ( 14 ) and heater ( 12 ) are separated by an electrical insulating layer ( 13 ).

3. Temperature sensor according to claim 1 and / or 2, characterized in that the heater or heaters ( 12 ) are meandering.

4. Temperature sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the carrier ( 11 ) consists of a ceramic substrate, for example aluminum oxide.

5. Temperature sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that a heat reflecting and / or insulating layer ( 19 ) is applied to the back of the carrier ( 11 ).

6. Temperature sensor according to one of claims 1 to 5, characterized in that there is a two ter heater on the back of the carrier ( 11 ).

7. Temperature sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that there is a radiation-absorbing cover layer ( 18 ) on the hermetically sealed insulation ( 17 ).

8. Temperature sensor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the temperature sensor ( 10 a ) with the aid of bond wires ( 26 ) is arranged in a mounting frame ( 25 ) made of electrically and thermally poorly conductive material.

9. Temperature sensor according to claim 8, characterized in that the on the mounting frame ( 25 ) arranged to lead wires ( 28 ) leading conductor tracks ( 27 ) are formed as long as possible.

10. Temperature sensor according to claim 9, characterized in that the conductor tracks ( 27 ) are meandering.